目前市場(chǎng)上常見設(shè)備的電機(jī)，多使用調(diào)整皮帶在不同直徑的皮帶槽運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，而這種方法存在需要停機(jī)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、不可連續(xù)調(diào)速等諸多缺點(diǎn)。為改善對(duì)上述缺點(diǎn)，多采用可連續(xù)調(diào)速的CVT變速裝置，但是CVT變速裝置同樣存在不易于加工、造價(jià)高等缺點(diǎn)。

　　摘要：該文針對(duì)常見設(shè)備的電機(jī)調(diào)速問題，提出采用微處理器結(jié)合驅(qū)動(dòng)電路，在不改變電動(dòng)機(jī)輸出扭力的同時(shí)使其轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)的方法。并由51單片機(jī)產(chǎn)生 SPWM信號(hào)，結(jié)合FGA25N120ANTD 管功率輸出器件，采用采用較為成熟的東芝光電隔離驅(qū)動(dòng)芯片 TLP-250作為驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。該設(shè)計(jì)控制簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠。

　　關(guān)鍵詞：核心期刊,SPWM信號(hào),51單片機(jī),FGA25N120ANTD 管,光電隔離驅(qū)動(dòng)芯片

　　針對(duì)如上問題，采用微處理器結(jié)合驅(qū)動(dòng)電路，在不改變電動(dòng)機(jī)輸出扭力的同時(shí)使其轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，成為了一種切實(shí)可行的調(diào)速方法。

　　1 方案論證

　　目前實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的調(diào)速一般有晶閘管移相調(diào)速與全控橋變頻調(diào)速。移相調(diào)速雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，但是卻會(huì)影響波形的連續(xù)性，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)力矩明顯減小。另外就是采用脈寬等效方法SPWM調(diào)制輸出正弦交流信號(hào)，再改變正弦信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的變頻調(diào)速。

　　脈寬調(diào)制技術(shù)通過一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，來獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，用以近似正弦電壓波形。脈寬調(diào)制技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代電力電子技術(shù)。現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。

　　近幾年來，由于場(chǎng)控自關(guān)斷器件的不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的高頻SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術(shù)在電機(jī)調(diào)速中得到了廣泛應(yīng)用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內(nèi)置波形ROM及相應(yīng)的控制邏輯，設(shè)置完成后可以獨(dú)立產(chǎn)生三相PWM波形，只有當(dāng)輸出頻率或幅值等需要改變時(shí)才需微處理器的干預(yù)，微處理器只用很少的時(shí)間控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)。保護(hù)和控制等。

　　經(jīng)過對(duì)兩種方案認(rèn)真的比較最終采用由單片機(jī)產(chǎn)生SPWM信號(hào)控制的三相橋，對(duì)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。

　　2 SPWM介紹

　　PWM的全稱是Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)，它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。

　　所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級(jí)一些的UPS就是一個(gè)例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。

　　3 基于單片機(jī)生成SPWM信號(hào)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)

　　3.1主處理器選型

　　涉及到SPWM運(yùn)算等高速處理，因此主處理器的選擇至關(guān)重要，目前市面上流行的單片機(jī)主要有51單片機(jī)、PIC單片機(jī)、AVR單片機(jī)，以及cortex-M3芯片。

　　51單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大，已成為世界上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，51因其擁有廣泛的市場(chǎng)認(rèn)知度，所以得到了更多廠商的重視，新技術(shù)層出不窮，帶PWM、帶AD、帶時(shí)鐘、帶USB等等，處理速度也不斷增強(qiáng)。PIC單片機(jī)是Microchip公司的產(chǎn)品，它也是一種精簡(jiǎn)指令型的單片機(jī)，指令數(shù)量比較少，中檔的PIC系列僅僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。但是如果使用匯編語(yǔ)言編寫PIC單片機(jī)的程序有一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是PIC中低檔單片機(jī)里有一個(gè)翻頁(yè)的概念，編寫程序比較麻煩。

　　AVR單片機(jī)屬于使用精簡(jiǎn)指令集的高速8位單片機(jī)。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。AVR單片機(jī)易于入手、便于升級(jí)、費(fèi)用低廉。

　　Cortex-M3是一個(gè)32位的核，在傳統(tǒng)的單片機(jī)領(lǐng)域中，有一些不同于通用32位CPU應(yīng)用的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)橛脩粢�求具有更快的中斷速度，所以Cortex-M3采用了Tail-Chaining中斷技術(shù)，完全基于硬件進(jìn)行中斷處理，最多可減少12個(gè)時(shí)鐘周期數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中可減少 70%中斷。并且處理速度明顯高于普通8位單片機(jī)。但價(jià)格略高。

　　對(duì)本項(xiàng)目而言，多功能新型51單片機(jī)以其低廉的價(jià)格，超強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且本身帶有強(qiáng)大的PWM功能無疑為最佳選擇。

　　3.2 功率器件與驅(qū)動(dòng)器件選型

　　絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件， 具有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。因此本項(xiàng)目選用具備上述優(yōu)點(diǎn)的FGA25N120ANTD 管作為功率輸出器件。

　　驅(qū)動(dòng)電路采用較為成熟的東芝光電隔離驅(qū)動(dòng)芯片 TLP-250。

　　3.3 原理圖的繪制

　　因?yàn)殡娐分袕?qiáng)電與弱電并存，因此在PCB作圖時(shí)候必須著重考慮避免強(qiáng)電給弱電帶來的干擾，對(duì)可能產(chǎn)生諧波、感應(yīng)電流都因該加入吸收電容，對(duì)大功率器件的控制端加入磁珠進(jìn)行濾波。另外為了增大電路板對(duì)電流的承載能力，大電流部分應(yīng)采用堆錫焊法。

　　4 調(diào)試

　　因?yàn)殡娐分猩婕暗綇?qiáng)電，調(diào)試具有一定的危險(xiǎn)性，為確保安全，應(yīng)采36v隔離變壓器低壓調(diào)試的方法，待參數(shù)確定后再接入高壓。電流反饋的采集應(yīng)使用0.01歐的康銅絲電阻。結(jié)合示波器與SPWM計(jì)算器計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的脈沖寬度，經(jīng)過反復(fù)比對(duì)，最終完成調(diào)試。

　　5 結(jié)論

　　本項(xiàng)完成后已經(jīng)成功運(yùn)用到一些設(shè)備中，運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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